Актуальность темы диссертации. Спутниковые технологии, решающие задачи по определению координат объектов, прошли определенный путь в своем развитии. Наиболее распространенной до последнего времени была технология автономной базовой станции (АБС), позволяющая обеспечить геодезические определения на территориях площадью в десятки кв. км. В настоящее время наиболее прогрессивной технологией геодезического обеспечения на больших по площади территориях является технология постоянно действующих референцных станций (РС), объединенных в сеть. В России впервые внедрены две подобных технологии, реализованные в Спутниковых системах межевания земель (проекты «Москва» и «Санкт-Петербург»). Автор диссертации принимал непосредственное участие во внедрении этих Спутниковых систем, исследовании их возможностей, создании геодезической инфраструктуры. Основные направления исследований и результаты диссертации связаны с проектом «Москва».
Поскольку подобная Спутниковая система внедрялась в России впервые, то работа по своей сути носила научно-исследовательский характер. При внедрении впервые пришлось решать ряд сложных научно-технических и организационных задач, в том числе выбор мест установки РС и вычислительного центра, организация связи, установка, наладка и запуск оборудования, его испытания, создание геодезической инфраструктуры. Под геодезической инфра-структурой здесь понимаются три взаимосвязанные проблемы. Первой из них является геодезическая привязка РС к общеземным координатным системам (ITRF2000), второй – разработка методик спутниковых измерений и их математической обработки в задачах координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости, третьей – определение параметров перехода от общезем-ных систем координат к государственной и местным системам координат.
Объектами исследований автора явились вторая и третья проблемы.
Спутниковые технологии на основе автономных базовых станций (АБС), обычно используемые для определения координат объектов, изложены в ряде нормативных технических документов, в том числе в «Инструкции по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS» (ЦНИИГАиК), «Руководстве по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с ис-пользованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS» (ЦНИИГАиК), а также в многочисленной технической документации, поставляемой со спутниковым обо-рудованием и программным обеспечением. Технология Спутниковых систем на основе сети РС значительно отличается от технологии АБС. Она позволяет отка-заться от некоторых этапов работ или уменьшить время их выполнения. Это тре-бует переработки или уточнения положений технологии АБС, адаптации новой технологии сети РС в кадастровом производстве и с учетом современного со-стояния геодезической инфраструктуры в Московском регионе.
В кадастровых работах результаты координатных определений должны представляться в государственной и местных системах координат, что требует применения параметров перехода от систем координат, используемых в спутниковых технологиях. В Спутниковой системе (проект «Москва») используются измерения Глобальной навигационной спутниковой системы GPS, отнесенные к общеземной системе координат WGS-84. Опубликованные парамет-ры перехода, в том числе и от системы WGS-84, вычислены, как правило, для всей территории страны или её отдельных регионов и не учитывают локаль-ных деформаций геодезических сетей. При использовании таких параметров локальные деформации проявятся как разности координат объекта, получен-ных по спутниковым измерениям с переходом в местную систему координат и координатами объекта, полученными непосредственной привязкой к ближай-шим пунктам Государственной геодезической сети (ГГС). Но если параметры, связывающие координатные системы, определены в локальной области, коор-динаты точки окажутся согласованными с координатами окружающих пунк-тов, расположенных в этой же локальной области. Укажем и другую причину определения и применения согласующих локальных параметров перехода. Системы координат, используемые в спутниковых технологиях, являются ча-стными реализациями системы WGS-84, в Спутниковой системе (проект «Мо-сква»), например, это система ITRF2000, фиксированная на эпоху 1997.0. Со-гласующие локальные параметры перехода учитывают отличие такой частной реализации от оригинальной системы WGS-84.
Созданная геодезическая инфраструктура обеспечит решение координатных задач кадастра объектов недвижимости, в том числе при определении координат пунктов опорных межевых сетей (ОМС), поворотных точек границ земельных участков, точек планово-высотной подготовки аэрофотоснимков, а также при координатном обеспечении аэрофотосъемки (АФС). Применение Спутниковой системы при решении этих задач требует разработки соответст-вующих методов, включающих в себя математическую модель определения координат объектов, методики измерений, контроля и т.д.
С учетом вышеизложенного автор полагает, что тема диссертации является актуальной и имеет важное научное и практическое значение.
Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается во внедрении их в производственную деятельность Спутниковой системы (подтверждено Актом внедрения ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ) и использовании широким кругом пользователей при координатном обеспечении кадастра объектов недвижимости, строительства, инженерных изысканий, планирования территорий. При работе со Спутниковой системой пользователи руководствуются созданной нормативно-технической базой, в том числе методиками спутниковых измерений. Методика постобработки используется операторами Спутниковой системы при выполнении работ по заявкам пользователей. Среди пользователей, использующих вышеназванные ре-зультаты, ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ, ГУП Мосгоргеотрест, ФГУП МАГП, Московский городской и областной филиалы ФГУП «Ростехин-вентаризация», ГУП Московское областное БТИ, ГУП Московский областной «НИиПИ градостроительства», более 50 частных коммерческих предприятий.
1. Анализ технологий координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости
Основным содержанием первой главы является анализ современных технологий координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости на основе отечественного и зарубежного опыта.
В результате исследований в первой главе обоснованы преимущества тех-ологии на основе сети постоянно действующих РС перед спутниковой технологией на основе АБС, выполнен анализ эффективности новой технологии по показателям производительности и экономии затрат в процессе координатных определений при геодезическом обеспечении кадастра объектов недвижимости.
При координатном обеспечении кадастра объектов недвижимости применяются дифференциальные методы. При этом возможны две технологии. Первая технология заключается в применении автономных базовых станций (АБС), устанавливаемых на исходных пунктах. На определяемых точках устанавливаются мобильные приемники. Вторая технология основана на сети постоянно действующих референцных станций (РС). Характеристики двух технологий для разных методов наблюдений, полученные в результате анализа, сведены в таблице 1. Все характеристики приведены для двухчастот-ных спутниковых приемников типа SR серии 500 (SR530) фирмы Leica Geo-systems (Швейцария) и программы обработки SKI_Pro v.3.0 этой же фирмы. Точностные характеристики технологии сети РС получены также на основе производственного опыта, полученного в ходе эксплуатации Спутниковой системы (определение в 2005-2007 гг. по заказам пользователей ~ 5 тыс. точек в Московской и прилегающей к ней областях).
Методы спутниковых наблюдений для выполнения работ по межеванию земель выбираются в соответствии с нормативными требованиями к точности определения координат объектов. Координаты пунктов ОМС рекомендуется определять методом статики двухчастотной спутниковой аппаратурой, меже-вые знаки – методами статики и быстрой статики двухчастотной и одночас-тотной спутниковой аппаратурой, в методах кинематики и реального времени – только двухчастотной аппаратурой.
Технология сети референцных станций имеет более широкие возможности и следующие преимущества по сравнению с традиционными технологиями и спутниковой технологией на основе отдельных автономных базовых станций:
1. Сеть РС в состоянии заменить собой опорные межевые сети на терри-тории субъекта РФ. Она в состоянии понизить требования к плотности любой исходной геодезической основы. Такая сеть является однородной по точности, внутренне согласованной, привязка её к другим системам координат не пред-ставляет принципиальных трудностей.
2. Новая технология обеспечивает исчерпывающий контроль результатов, поскольку определение координат объектов осуществляется по большому числу базовых линий (от многих РС).
3. Для пользователей новая технология обладает более высокой производи-тельностью и более низкой себестоимостью. Пользователь может исключить из состава своих работ подготовку и использование исходной основы в виде пунк-тов ГГС или ОМС, организацию АБС на исходном пункте, отказаться от органи-зации у себя вычислительного процесса, экономя ресурсы на компьютерной тех-нике, программном обеспечении, содержании обслуживающего персонала.
4. Эффективным для пользователей в новой технологии является режим реального времени, с применением которого только одним комплектом спут-никового полевого оборудования в течение ~ 1 минуты и менее можно полу-чить координаты в требуемой системе координат.
Анализ эффективности технологии Спутниковой системы (проект «Моск-ва») по показателям производительности и экономии затрат непосредственно ко-ординатных определений выполнен по результатам сравнительного анализа двух спутниковых технологий – базовой, на основе АБС, и новой, на основе Спутни-ковой системы. Сравнительный анализ затрат проведен для трех видов работ: создание ОМС, определение границ земельных участков, картографическое обеспечение кадастра объектов недвижимости для территории г. Москвы и Мос-ковской области. В расчетах затраты на выполнение работ оценены в соответст-вии с ценой услуг, предоставляемых ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХА-ГИ, рыночными ценами, сформировавшимися в Московской области.
Полученные результаты для территории г. Москвы и Московской области свидетельствуют о том, что производительность новой технологии в кадастро-вой сфере выше базовой в 2.3 раза, экономия затрат составляет более 50 %.
2. Методы определения координат объектов с применением Спутниковой системы (проект «Москва»)
Содержанием главы является разработка методов координатных опреде-лений с применением Спутниковой системы (проект «Москва»). Каждый из методов включает математическую модель определения координат объектов, методики измерений, уравнительных вычислений с контролем результатов, представлением результатов с полнотой и в форме, предусмотренной норма-тивными документами. Главными отличиями разработанных методов от ранее применявшихся являются замена отдельных АБС сетью РС, что позволяет организовать сетевое решение и уменьшить время измерений на определяемых точках, обеспечить исчерпывающий контроль промежуточных и конечных ре-зультатов, отказаться от создания плотных геодезических сетей, облегчить и удешевить весь комплекс работ по определению координат.
Многообразие измерительных и вычислительных схем, используемых в Спутниковой системе (проект «Москва»), многообразие погрешностей, сопро-вождающих измерения и их обработку, требуют учета в этих схемах конкрет-ной ситуации. Учет ситуации осуществляется выбором и применением опти-мальных параметров настройки приемников РС, программного обеспечения, полевых приемников. Для выбора оптимальных параметров настройки Спутниковой системы выполнены соответствующие эксперименты.
По результатам экспериментов, проведенных в режиме постобработки, в первом приближении обоснованы точностные характеристики Спутнико-вой системы в этом режиме. Они превышают требования по точности коор-динатного обеспечения кадастра. Использование сети референцных станций в режиме постобработки позволяет отказаться от таких традиционных эта-пов спутниковых полевых работ, как установка АБС на исходных пунктах, а также обеспечивает исчерпывающий контроль и более высокую по сравне-нию с одной автономной базовой станцией точность определения координат объектов. Включение в уравнительный процесс трех и более референцных станций (оптимально 5-7) обеспечивает высокую точность и контроль ре-зультатов, практически не увеличивая при этом временных затрат. Позволя-ет сократить время наблюдений и увеличить предельное расстояние между опорными РС и определяемыми точками при сохранении высокой точности.
Было доказано, что использование сети референцных станций в режиме реального времени обеспечивает достаточно высокую точность определения координат объектов, на уровне первых единиц сантиметров. Эта точность со-храняется на удалениях от ближайшей референцной станции до 30 км, в то вре-мя как при использовании одной АБС удаление ограничивается 15 км. В режи-ме реального времени для получения результатов на сантиметровом уровне точности рекомендуется определения выполнять по измерениям не менее чем семи спутников. С учетом полученных результатов в Спутниковой системе (проект «Москва») внедрен и применяется метод ПРС – псевдо виртуальной референцной станции, удаленной от приемника пользователя на расстояние 4-5 км, что расширяет возможности Спутниковой системы при определениях коор-динат в кинематическом режиме.
Разработанные в главе 2 методы обеспечивают определение координат объектов с использованием Спутниковой системы (проект «Москва») в систе-ме ITRF2000 (на эпоху 1997.0) в обоих режимах (постобработки и реального времени) со ср. кв. ошибками первых единиц сантиметров. Конкретный вклад автора заключается в разработке методик и руководств по работе со спутнико-вым оборудованием в обоих режимах, математической обработки измерений в режиме постобработки, в исследовании точностных возможностей Спутнико-вой системы в режимах постобработки и реального времени при разных её на-стройках, в разработке форм отчетных документов в соответствии с нормативными требованиями.
Полученные автором результаты внедрены в Спутниковой системе и ис-пользуются её обслуживающим персоналом, пользователями в процессе коор-динатных определений.